Akira Kakami, Shinichiro Masaki, Ryoma Hiyamizu, Hiroyuki Horisawa, and Takeshi Tachibana
各務 聡，眞崎信一郎，冷水陵馬，堀澤秀之，橘 武史
p.96-101
Abstract
近年，宇宙開発のコストを削減するために，これまでに比類のない小型の宇宙機が製作され，大学などにより実際に打ち上げられるに至っている。このような小型宇宙機は現在のところ推進機を搭載していないが，今後，複雑なミッションを実現するためには，小型の推進機を搭載する必要がある。また，これに資する小型推進機は，ミッション時間を短縮するために比較的大きな推力を発生することも必要である。本論文では，このような小型・大推力の宇宙機用推進機を実現するために，固体推進薬の燃焼をレーザにより制御する推進機を提案した。予備実験として，窒素雰囲気下のコンポジット固体推進薬に10〜30 Wの定常出力のYAGレーザ（波長1064 nm）を照射し，いくつかの組成の推進薬で燃焼のOn/Off制御が可能であることを示した。さらに，窒素雰囲気の圧力を変化させ，各圧力における燃焼速度を求めたところ，従来の固体推進薬と同様にVieilleの法則に従っていることを確認した。レーザパワーに対しては，パワーの増加に伴って燃焼速度も増加しており，本研究で提案する推進機の方式により推力を制御できる可能性を示した。
A concept of a solid propellant thruster using laser sustained combustion was proposed to develop a microthruster for small spacecraft. The combustion of this proposed thruster is sustained only when laser beam is irradiated on the solid propellant surface, and thrust is variable with the laser power: this would be archived by the combination of non-self-combustible solid propellants, whose combustion is sustained with additional heat input, and a laser diode that supplies the heat to the solid propellant. In order to demonstrate the concept of the proposed thruster, fuel rich composite propellants set in a nitrogen-purged chamber were irradiated with a 30-W class continuous-wave YAG laser, which is used as a tentative alternate to the laser diode. The experiment showed that the solid propellant combustion was sustained and interrupted by irradiating and interrupting the YAG laser. Mass burning rates measurement at back pressures from 1 to 100 kPa showed good agreement with Vieille's law, yielding the pressure exponents of about 0.5.
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Keywords
Solid propellant, Laser sustained combustion, Space propulsion
